山区深水陡峭坚硬裸岩地质栈桥锚固桩施工技术 赵自静 （中铁四局一公司，安徽合肥２３００４１） ＝＝ｊＥ＝＝ ＝口摘 要：陡峭裸岩地质河床环境下，钢管桩无法直接插打，解决钢 ： 管桩的稳定难题是采用栈桥方案的先决条件。在陡峭坚硬裸岩地 水位３７ｍ。枯水期基础施工期间最大水深达３４ｍ，汛期 达５１ｍ。黔江属山区河流，在４～７月汛期，由于上游泄 卜卜 质河床上，国内通常采用的方法是水下爆破或抛填土袋形成人造 烙： 洪，２４小时内水位可暴涨１２ｍ。大桥桥位处河道顺直，河 覆盖层，再将钢管桩插打入人造覆盖层中，达到稳定钢管桩的目 蓠； 的。此外，也可采用小型浮式平台或浮船，利用钻机在岩面成孔， 辩一 为后续钢管桩安装创造条件，称为岩面预成孔法。由于本项目河 ： 水湍急、岩面倾斜严重、岩面开孔位置、钻孔的垂直度等的控制难 度较大，实用性不强，本项目采用国内较为少见的锚杆嵌岩技术， 很好地解决了湍急河流、陡峭河床裸岩面上稳定钢管桩的难题。 关键词：陡峭坚硬裸岩；栈桥；铜管锚固桩 中图分类号：Ｕ４４５．４ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００７—７３５９【２０１７）０２—０１４６—０３ ＤＯＩ：１ ０．１ ６３３０￣．ｃｎｋｉ．１ ００７—７３５９．２０１ ７．０２．０５８ １工程概况 １．１工程概况 黔江特大桥属广西壮族自治区桂平至来宾高速公 路项目武宣联络线工程，位于广西来宾市武宣县境内。 桥梁起讫里程ＬＫ４＋６０８．２１７～ＬＫ５＋３５７．８９９，全长 ７４９．７ｍ。桥跨组合为２×３０＋（１０６＋２００＋１０６）＋９ Ｘ ３０ｍ，主 桥为１０６＋２００＋１０６ｍ三跨预应力混凝土连续刚构，引桥 为先简支后连续预应力混凝土Ｔ梁。 主桥箱梁为整幅式，水中３＃、４＃主墩为双薄壁墩， 基础为群桩承台结构，全桥桥式结构详见下图： ｌ∞Ｔ 、ｒ ｌ舶 …… ……一．昏………一… 一……癌…．…．．…一督…一 ●＆：ｍ 图１ 黔江特大桥主桥桥式图 １．２水文 桥位区地表水体为黔江，该河主要接受大气降水、 周边岩溶裂隙水及各支流补给，流量大，流速较急，最大 流速３．２１ｍ／ｓ，水深１８ｍ～５０ｍ。根据武宣水文站资料，桥 位处黔江历年最高水位６１．５７ｍ，最低水位３３．７ｍ，施工常 作者简介：赵自静（１９７５－），男，安徽庐江人，毕业于西南交通大学，高级 圜 工程师，主要从事施工技术管理．Ｙ－作。 面宽阔，水流较急，河床两岸岩石裸露。 １－３地形地貌 桥位区为溶蚀准平原地貌，地形平坦、开阔，桥址属 河流侵蚀地貌，河流两侧岸坡地形起伏大，岸坡坡度较 陡一陡峻，高度超过３０ｍ，岸坡局部见基岩出露，江面宽 ２８０ｍ～３４０ｍ，水深１８ｍ～５０ｍ，水流较急。两岸滑塌及岩 溶发育。 １．４技术难点及解决方案 黔江河宽水深，流速大，河床无覆盖层、岩面陡峭、 岩层坚硬、栈桥桩基锚固难度大，据此，施工采用钢管桩 注浆嵌岩锚杆工艺。 ２栈桥锚固桩关健施工技术 ２．１锚固桩底锚固分析 １）锚固桩整体压弯稳定性验算 仅验算栈桥在正常使用阶段钢管桩整体稳定性，取 单桩最大轴力４６５ｋＮ，最大弯矩１ ２５ｋＮｍ计算。 根据《钢结构设计规范》（ＧＢ５００１７—２００３），按下式计 算弯矩作用平面内的稳定性 —一Ⅳ十＿一垒 曼 ；一：１２６．４ ＭＰａ≤ｆ ２１５ ＭＰａ 妒 Ａ Ｗ （１一ｏ．８ …） … … Ｎ肤 钢管桩在弯矩作用平面内的稳定性满足要求。 ２）基岩承载力和桩底抗滑分析 根据有限元分析结果，桩底轴向反力最大值 ４６５ｋＮ，岩面倾斜角度取２５。。 根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（ＪＴＧ Ｄ６３—２００７），计算支撑在基岩上的单桩轴向受压承载力 容许值： 】＝ｃ１Ａ，厶＝２２６１９ｋＮ＞４６５ｋＮ，单桩轴向受压 承载力满足要求。 钢管桩底设４根Ｂ２８螺纹钢筋锚杆束通过钻孔注 浆方式嵌入河床中风化白云岩内３ｍ以上，钢管桩内水 下灌注Ｃ３０混凝土，高度不小于３ｍ。 桥涵墩台基础的抗滑动稳定系数 ＝ ， 不考虑锚杆的作用，计算得 ＝１．２９＞１．２； 由上述两个计算结果可以知道，锚杆有效锚固长度 若仅考虑锚杆的作用，计算得ｋ。＝１．７４＞１．２。 取较大值，即Ｌ ＝１．２７ｍ。 由上述分析可知，钢管桩底在摩擦力或锚杆的单独 作用下，抗滑动稳定系数均大于１．２。实际上，钢管桩底 是在摩擦力和锚杆的共同作用下，保持稳定。 ３）单桩轴向抗拔及锚杆锚固长度验算 我国铁路部门所做的锚杆抗拔试验资料表明，在完 整硬质岩层中，当锚固深度大于１．５ｍ～２ｍ时，Ｂ２８ｍｍ及 以上钢筋往往被拉断而不会从钻孔中拔出。这表明一般 钢拉杆在完整硬质岩层中的锚固深度只要超过２ｍ就足 根据《港Ｅｌ工程嵌岩桩设计与施工规程》 （ＪＴＪ２８５—２０００），单根锚杆有效长度按如下两个公式分 别计算，并取其最大值。 够。但为了保证岩层锚杆的可靠性，防止个别理节分割的 Ｃ＝＝】 岩石块承受拉力后发生松动，除应对施工地点山坡的工 口 程地质条件和稳定性进行调查研究外，一般应使灌浆锚 君 固段达到岩层内部（除去表面风化层）的深度不小于３ｍ， 考虑水泥浆体对钢筋的握裹力 埔 捌｛ ｌ式中： ——锚杆有效锚固长度（ｍ） ——锚杆钢筋直径（ｍｍ） ｑ 杆钢筋与水泥砂浆的粘结强度标准值 （ＭＰａ），这里取浆体抗压强度标准值的１０％ 厂一握裹力分项系数，取１．７～１．９。变形钢筋取最 小值；光面钢筋取最大值，本处锚杆为螺纹钢，取１．７ 一取锚杆可受最大拉力 ｄ＝２８ｍｍ：ｑ ＝３．５ＭＰａ；ｙ ＝１．７ Ｐｄ￣＝２８０ｘ４ｘｚｘ譬堋９ｋＮ 锚杆为４根Ｂ２８ｍｍ螺纹钢焊接而成，与水泥浆接 触面的周长Ｓ＝３７ｒｄ；有效锚固长度为 ￡～ 监： ：！兰鱼 ！ １．３ｒｄｑｌｋ ３×３・１４ｘ２８ｘ３・５ ２７ｍ 考虑水泥浆体与岩体的粘结抗拔力 Ｔ ｄＰｍ 式中： ——锚杆有效锚固长度（１ＴＩ），不计基岩面上 强风化岩 Ｄ＿—铺孑Ｌ直径ｍｍ） ９ ——水泥浆与岩石间的粘结强度标准值（ＭＰａ）， ｇ 的取值宜根据具体工程，通过钻取锚固基岩岩芯经 试验确定；当无试验资料时，可取灌浆体抗压强度标准 值的１０％和锚孑Ｌ岩体的抗剪强度标准值两者之较小值， 本工程ｑ ｍ取３．５ＭＰａ 厂一抗拔力分项系数，取１．７～１．９，对硬质岩、岩体 完整的取小值，反之取大值，本工程取小值１．７。 Ｄ＝１８０ｍｍ；ｑ’ ＝３．５ＭＰａ：ｙ ＝１．７ ＝２８。×４× ×譬＝６８９ｋ－Ｎ ： 旦 ０。７９ｍ ’ 云 ．１４×１８ｏ×３＿５ 但不宜过深，以免浪费。 根据上述理论依据和受力分析，结合基础地质状况， 为保证桩基稳固，锚杆入岩深度设计为３ｍ，锚孔内灌注 立方体抗压强度３５ＭＰａ的水泥浆，且应压浆密实，并掺 加适量的膨胀剂。 ２．２锚固桩锚固施工 根据国家行业标准《港口工程嵌岩桩设计与施工规 程￣（ＪＴＪ２８５—２０００），并结合现场情况，确定相关参数，计 算得出锚杆（４根Ｂ２８ｍｍ螺纹钢焊接而成）的有效锚固 长度为１．２７ｍ，同时，依据《港口工程嵌岩桩设计与施工 规程》（ＪＴＪ２８５—２ｏｏｏ）锚杆嵌岩深度不得小于３ｍ，岩面以 上锚固长度不得小于入岩长度的要求，将栈桥的锚杆长 度设计为６ｍ，锚杆入岩深度设计为３ｍ，锚孔内灌注立 方体抗压强度３５ＭＰａ的水泥浆，且应压浆密实，并掺加 适量的膨胀剂，以保证钢管桩抗拔承载力、抗滑稳定要 求。 ２．２．１岩面找平 为保证钻进作业可以顺利进行，垂直度符合要求， 利用５０ｔ吊车配合，采用垂直导管法，在钢管桩内灌注强 度等级为水下Ｃ３０混凝土，潜水员沿钢管桩边５０ｃｍ堆 码一圈袋装干拌混凝土，高度５０ｃｍ～８０ｃｍ。 在钢管桩内安装导管，导管底口距岩面３０ｃｍ左右， 灌注水下Ｃ３０混凝土，高度距岩面不小于３ｍ。因钢管桩 与岩面之间存在缝隙，混凝土浇筑过程中，随着混凝土 在钢管桩内上升，混凝土在内外压差作用下，顺着缝隙 向外流出，填充于干拌混凝土袋之间，形成了一个水下 小围堰。水下小围堰增大了钢管桩与基岩的接触面积， 增强了钢管桩的抗滑稳定性。 灌注水下Ｃ３０混凝土时，利用水下探测仪监控水下 混凝土浇筑情况，混凝土灌注完毕后，潜水员对桩底周 边情况进行确认检查。根据锚杆锚固长度，混凝土一次 性浇筑至岩面以上３ｍ高，找平倾斜岩面，为钻进作业创 造了条件。 ２．２．２锚孔钻进 在钢管桩内水下混凝土强度达到７０％后，将钻机移 冒 暑！｛ｉ Ｈ 刊 ＿ 至导向架处，在钢管桩内钻孑Ｌ，钻头直径 １６８ｍｍ，成孔 直径在 １８０ｒａｍ左右，深度从河床面往下不小于３ｍ。 钻孑Ｌ到位后，取出岩芯，观察岩芯的完整情况，若有松 散、破碎、裂隙等情况，需加大钻孑Ｌ深度。 ２．２．３锚杆安装 使水泥浆充分渗入孔壁裂隙，又要注满锚杆锚固端，注 入流量按泵的最低流量灌注。由于水泥浆密度大，水泥 浆将钻孔中的水排除并渗入孔壁裂隙。为满足钻孑Ｌ锚固 段裂隙水泥浆的渗漏和防止顶部水泥浆的水侵，灌注量 的大小由现场试验确定。压浆过程中利用水下探测仪观 察压浆情况，水泥浆压至混凝土面即可。 ２．２．５锚杆抗拔静载试验 通过钻机钻杆将６ｍ长钢筋束锚杆（由４根Ｂ２８ｍｍ ＝＝ｌ 螺纹钢焊接而成）安放至孔内，同时在锚杆束上捆绑１口 寸耐压塑料压浆管，压浆管底端距锚杆束底端１００ｍｍ， 。 为验证锚杆锚固桩基的抗拔稳定性，在栈桥开始施 工前，模拟水下施工环境，在岸边浅水区域施工两根锚 杆锚固桩先后进行验证性试验和破坏性试验。 验证性试验中，循环加载至设计桩底最大反力 以防钻孑Ｌ回淤埋管，顶端留在栈桥顶。见锚杆安装图： ：卜卜 。Ｈ ： ｉ；ｊ甘 。。Ｊ』Ｔ 藩 ：咐 ：彦 －，４６５ｋＮ，锚固体保持稳定，判定验证性试验合格。破坏性 试验中持续循环加载，最终锚杆破坏而锚固体保持稳 定，判定破坏性试验合格。试验结果证明锚杆锚固工艺 是成熟可靠的。 ３结束语 ４＃墩侧栈桥从２０１１年７月２３日开始搭设，经过工 程技术人员、现场施工人员的共同努力，于２０１１年９月 １１日完成，历时５０天。工程采取了国内较为少见的钢管 图２锚杆安装不惹图 ２．２．４钻孑Ｌ内压浆 钻孑Ｌ内压浆采用立方体抗压强度为３５ＭＰａ水泥浆， 水泥浆搅拌均匀后，用压浆机从塑料管中向孑Ｌ底压浆。 桩桩底锚杆锚固的施工工艺，科学合理地解决了山区湍 急河流无覆盖层陡峭坚硬裸岩地质条件下的栈桥钢管 桩施工难题。 在２０１２年黔江汛期，栈桥经受住了数次洪水考验。 项目使用的水泥浆配合比为：水泥（４２．５）：水：膨胀剂：速 凝剂：减水剂＝１０ｋｇ：４．５ｋｇ：０．８ｋｇ：０．６ｋｇ：０．１８ｋｇ。 据实际测量显示，洪水高峰期间，水位达到５１ｍ，淹没栈 桥６ｍ，流速达到２．０２ｍ／ｓ，且漂浮物较多，在水位下降后 检查中，未发现栈桥结构出现损坏，平面位置与高程监 测结果均符合设计要求，栈桥锚固桩的设计与施工是成 功的。 压浆前检查压浆机、拌浆机等机械设备，保证设备 完好，做好充分的准备工作，保证压浆一次成功，压浆开 始时，拌制并储备好水泥浆，保证压浆过程的连续性。为 （上接第１２７页） 形式、数量。按照设计重现期分析计算，设计中采用多篦 近期建设和远期规划衔接，做到科学、合理。同时，运用 海绵城市技术对雨水进行资源化和应用，例如：景观、灌 溉等，提高雨、污水系统功能发挥和环境质量，更好服务 经济发展。 雨水口，并验算连接管管径，使路面雨水及时进入排水 管渠系统。雨水口间距结合道路纵坡确定。另外，管材从 管道强度、抗腐蚀、防渗、粗糙度系数、地质等因素进行 方案比选确定。其次，对于相交道路交叉口德管道衔接， 管径、标高等均应计算复核、确认，使设计科学合理。 参考文献 【１］严煦世，刘遂庆．给水排水管网系统（第３版）【Ｍ］．北京：中国建筑工 业出版社，２０１４． 【２ 北京市市政工程设计研究总院．２１给水排水设计手册（第５册）：城镇 ３结语 山区道路的排水工程设计依据规划、地形、地质、气 候自然条件等，从规划建设、选取标准参数、计算管径、 敷设深度等方面着手，近期和远期规划衔接，注意山区 地形、道路纵断面、工程地质变化的不同，尤其考虑到山 排水（第２版）［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，２００４． 【３】ＧＢ５００１４—２００６，室外排水设计规范［ｓ］． ［４１ ＧＢ５０２８９—２０１６，城市工程管线综合规划规范【ｓ】． ［５】赵绪兰，罗荣祥，刘启明．通过抗磨损试验探讨新型管材的最大设 叠 区路网建设与城市建设时间的次序，排水设计也应确保 计流速［Ｊ］．中国给水排水，２０１６，（５）：７４—７６．
